Pamirškite chemikalus, katalizatorius ir brangią įrangą – Kanzaso valstijos universiteto fizikų komanda atrado grafeno masinės gamybos būdą, kuriam tereikia trijų ingredientų: angliavandenilio dujų, deguonies ir uždegimo žvakės.
Metodas paprastas: kamera pripildoma acetileno arba etileno dujomis ir deguonimi. Automobiline uždegimo žvake mišinys detonuojamas. Surenkamas susidaręs grafenas.
Chris Sorensen, Cortelyou-Rust universiteto pasižymėjęs fizikos profesorius, yra pagrindinis neseniai išduoto „Didelės apimties grafeno gamybos, anglies turinčių medžiagų detonavimu, proceso“ patento autorius. Atradime dalyvavo ir kiti Kanzaso universiteto tyrėjai – Arjun Nepal ir Gajendra Prasad Singh.
„Atradome efektyvų grafeno gamybos procesą, – sakė Sorensenas. – Mūsų procesas turi daug teigiamų bruožų, pradedant ekonominiu pagrindimu, didelio masto gamybos galimybėmis ir kenksmingų chemikalų nenaudojimu. O geriausias, kad vienam gramui grafeno pagaminti mūsų procesu, reikia daug mažiau energijos, kadangi užtenka vienos kibirkšties.“
Grafenas yra vieno atomo storio šešiakampe gardele išdėstytų anglies atomų lakštas, ir tai ploniausia pasaulyje medžiaga. Nuo grafeno išskyrimo 2004 metais, mokslininkai atrado vertingas šios medžiagos fizines ir elektronines savybes,kurias galima daug kur pritaikyti, pavyzdžiui, efektyvioms įkraunamoms baterijoms ar geresnei elektronikai.
Sorenseno tyrėjų komandai kelias link netikėto grafeno kūrimo būdo prasidėjo, kuriant ir patentuojant anglies suodžių aerozolinius gelius. Jie kūrė gelius, pripildydami 17 litrų aliuminio kamerą acetileno dujomis ir deguonimi. Uždegimo žvake jie kameroje sukėlė detonaciją. Detonacijos produktas – suodžių aerozolinis gelis, kuris atrodė kaip „juodųjų angelų pyragas“, – sakė Sorensenas. Bet išanalizavę nuodugniau, tyrėjai išsiaiškino, kad aerozolinis gelis ne tik priminė tamsiųjų angelų maistą – tai buvo grafenas.
„Pagaminome grafeną dėl laimingo atsitiktinumo, – tvirtina Sorensenas. – Neplanavome gaminti grafeno. Planavome gaminti aerozolinį gelį ir mums nuskilo.“ Lyginant su kitais grafeno gamybos metodais grafeno, Sorenseno išsiskiria paprastumu, efektyvumu, mažais kaštais ir galimybe gaminti pramoniniais mastais.
Gaminant grafeną kitais metodais, mineralas grafitas ilgai ir tiksliai nustatytoje temperatūroje „kepamas“ su reagentais – tokiais, kaip sieros rūgštis, natrio nitratas, kalio permanganatas ar hidrazinas. Gaminant kitais metodais, angliavandeniliai kaitinami 1000 °C temperatūroje su katalizatoriais.
Tokiems metodams reikia daug energijos, jie pavojingi ir nenašūs, kai tuo tarpu Sorenseno komandos metodu grafeną galima gaminti dideliais kiekiais, su minimaliomis energijos sąnaudomis ir ir be jokių pavojingų chemikalų.
„Tikrasis mūsų eksperimento žavesys – galime gaminti grafeną gramais, o ne miligramais“, – sakė Nepalas. Dabar tyrėjų komanda stengiasi pagerinti grafeno kokybę ir laboratorinį procesą pritaikyti pramoniniam lygiui. Jie tobulina savo įrangą, kad po detonacijos susidariusio grafeno išėmimas iš kameros truktų sekundes, o ne minutes. Greitesnis grafeno pašalinimas pagerina jo kokybę, pažymėjo Sorensenas.
Patentas buvo išduotas Kamzaso valstijos universiteto tyrimų fondui, ne pelno siekiančiai korporacijai, atsakančiai už technologijų perdavimą universitete.
